電路分析第一章

1、 電路基本分析電路基本分析目目 錄錄第一章第一章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律第二章第二章 電阻電路的等效變換電阻電路的等效變換第三章第三章 電路分析的網(wǎng)絡(luò)方程法電路分析的網(wǎng)絡(luò)方程法第四章第四章 正弦交流電路正弦交流電路第五章第五章 諧振與互感電路諧振與互感電路第六章三相電路第六章三相電路第七章第七章 非正弦周期電流電路非正弦周期電流電路第八章第八章 動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析第九章第九章 動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析動(dòng)態(tài)電路的復(fù)頻域分析第十章第十章 二端口網(wǎng)絡(luò)二端口網(wǎng)絡(luò) 第一章第一章 電路分析的基本概念及定律電路分析的基本概念及定律1.1.1 電路的組成及其功能電路的組成及其功

2、能電路電路主要由主要由電源電源、負(fù)載負(fù)載、連接、連接導(dǎo)線導(dǎo)線及及開關(guān)開關(guān)等構(gòu)成。等構(gòu)成。電源和負(fù)載是構(gòu)成任一完整電路的兩個(gè)基本部分。電源和負(fù)載是構(gòu)成任一完整電路的兩個(gè)基本部分。電源電源(source)：提供能量或信號。：提供能量或信號。 比如發(fā)電機(jī)、電池、電比如發(fā)電機(jī)、電池、電信號發(fā)生器等。信號發(fā)生器等。負(fù)載負(fù)載(load)：用電設(shè)備。將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的：用電設(shè)備。將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)π盘栠M(jìn)行處理能量，或?qū)π盘栠M(jìn)行處理.導(dǎo)線導(dǎo)線(line)、開關(guān)開關(guān)（switch)等：將電源與負(fù)載接成通路等：將電源與負(fù)載接成通路.1.1 電路的基本概念電路的基本概念電荷定向移動(dòng)形成電荷定向移動(dòng)

3、形成電流電流（Current）電流流過的電流流過的閉合閉合路徑稱為路徑稱為電路電路（Circuit） 在火力發(fā)電廠中，發(fā)電機(jī)由汽輪機(jī)帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)在火力發(fā)電廠中，發(fā)電機(jī)由汽輪機(jī)帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)變壓器將電壓升高，由輸電線送往用電地?fù)Q成電能，經(jīng)變壓器將電壓升高，由輸電線送往用電地方，再經(jīng)變壓器將電壓降低，送至各種用電設(shè)備，把電方，再經(jīng)變壓器將電壓降低，送至各種用電設(shè)備，把電能轉(zhuǎn)換成熱能、光能、機(jī)械能等。能轉(zhuǎn)換成熱能、光能、機(jī)械能等。電路的主要功能及基本要求為：電路的主要功能及基本要求為：1、轉(zhuǎn)換與傳輸能量，要求在轉(zhuǎn)換與傳輸過程中損、轉(zhuǎn)換與傳輸能量，要求在轉(zhuǎn)換與傳輸過程中損耗小

4、，效率高；耗小，效率高；*電路實(shí)現(xiàn)任何一種功能，都需要有電源或信號源，它電路實(shí)現(xiàn)任何一種功能，都需要有電源或信號源，它是電路中產(chǎn)生電壓或電流的動(dòng)力，稱為是電路中產(chǎn)生電壓或電流的動(dòng)力，稱為激勵(lì)激勵(lì)。由激勵(lì)在電路各部分產(chǎn)生的電壓或電流稱為由激勵(lì)在電路各部分產(chǎn)生的電壓或電流稱為響應(yīng)響應(yīng)。2 2、處理與傳遞信號，要求在處理與傳遞過程、處理與傳遞信號，要求在處理與傳遞過程中失真小，靈敏度高中失真小，靈敏度高 。1.1.2 電路模型電路模型 (circuit model)1. 理想電路元件理想電路元件：根據(jù)實(shí)際電路元件所具備的電磁性：根據(jù)實(shí)際電路元件所具備的電磁性質(zhì)所設(shè)想的具有某種單一電磁性質(zhì)的元件，其質(zhì)

5、所設(shè)想的具有某種單一電磁性質(zhì)的元件，其u，i關(guān)系可用簡單的數(shù)學(xué)式子嚴(yán)格表示。關(guān)系可用簡單的數(shù)學(xué)式子嚴(yán)格表示。理想元件的分類：理想元件的分類：按其與時(shí)間的關(guān)系分按其與時(shí)間的關(guān)系分：時(shí)變元件和非時(shí)變元件：時(shí)變元件和非時(shí)變元件按其在電路中的作用分按其在電路中的作用分：有源元件和無源元件：有源元件和無源元件按其對外連接個(gè)數(shù)分按其對外連接個(gè)數(shù)分：二端元件、三端元件、多端元件等：二端元件、三端元件、多端元件等按其性質(zhì)分按其性質(zhì)分：線性元件和非線性元件：線性元件和非線性元件2. 電路模型電路模型電路模型電路模型：將：將實(shí)際電路實(shí)際電路中的元件由元件的模型（中的元件由元件的模型（理想元件理想元件及其及其組合組

6、合）來代替，就可得到實(shí)際電路的電路模型。簡稱）來代替，就可得到實(shí)際電路的電路模型。簡稱電路電路。 *電路模型是由理想電路元件構(gòu)成的。電路模型是由理想電路元件構(gòu)成的。10BASE-T wall plate導(dǎo)線導(dǎo)線電池電池開關(guān)開關(guān)燈泡燈泡例例 .實(shí)際電路元件的模型實(shí)際電路元件的模型：將實(shí)際電路元件由：將實(shí)際電路元件由理想元件理想元件及其及其組合組合來來模擬模擬，使得與實(shí)際元件具有，使得與實(shí)際元件具有基本相同基本相同的電磁性質(zhì)。的電磁性質(zhì)。實(shí)際電路實(shí)際電路電路模型電路模型(電路電路)1.1.31.1.3 兩條公理和一條假設(shè)兩條公理和一條假設(shè)本書所論述的電路分析遵循兩條公理和一條假設(shè)。本書所論述的電路

7、分析遵循兩條公理和一條假設(shè)。電荷在電路中作定向移動(dòng)形成電流。在運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)電荷在電路中作定向移動(dòng)形成電流。在運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過各個(gè)電路元件，在有的元件上吸收能量，有的元件過各個(gè)電路元件，在有的元件上吸收能量，有的元件上放出能量。實(shí)踐證明，電荷的數(shù)量在運(yùn)動(dòng)過程中保上放出能量。實(shí)踐證明，電荷的數(shù)量在運(yùn)動(dòng)過程中保持不變，即電荷守恒。持不變，即電荷守恒。2 2、能量守恒、能量守恒1 1、電荷守恒、電荷守恒電路是轉(zhuǎn)換與傳輸能量的裝置，在轉(zhuǎn)換與傳輸過程電路是轉(zhuǎn)換與傳輸能量的裝置，在轉(zhuǎn)換與傳輸過程中遵循能量守恒定律。中遵循能量守恒定律。3 3、集中假設(shè)、集中假設(shè)集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路：由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路

8、。：由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。一個(gè)實(shí)際電路要能用集總參數(shù)電路模擬，一個(gè)實(shí)際電路要能用集總參數(shù)電路模擬，要滿足如下條件：即要滿足如下條件：即實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小于電路工作頻率下的電磁波的波長于電路工作頻率下的電磁波的波長。*與與分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路相對。本課程主要針對集中參數(shù)電路。相對。本課程主要針對集中參數(shù)電路。集中假設(shè)：集中假設(shè)：實(shí)際電路及其器件在空間上有一定的幾何實(shí)際電路及其器件在空間上有一定的幾何尺寸，若電路或器件的最大尺寸尺寸，若電路或器件的最大尺寸d與工作電流電磁波的與工作電流電磁波的波長波長 比較，滿足比較，滿足 d 0i 0實(shí)際方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H

9、方向電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：1. 電壓電壓 (voltage)：電場中某兩點(diǎn)：電場中某兩點(diǎn)A、B間的電壓間的電壓(降降)UAB 等于將正電荷等于將正電荷q從從A點(diǎn)移至點(diǎn)移至B點(diǎn)電場力所做的功點(diǎn)電場力所做的功WAB與與該點(diǎn)電荷該點(diǎn)電荷q的比值，即的比值，即dqdWUABdefAB單位：單位：V (伏伏) (Volt，伏特，伏特)當(dāng)把正電荷當(dāng)把正電荷q由由B移至移至A時(shí)，需外力克服電場力做同樣的功時(shí)，需外力克服電場力做同樣的功WAB=WBA，此時(shí)可等效視為電場力做了負(fù)功，此時(shí)可等效視為電場力做了負(fù)功WAB，則，則B到到A的電壓為的電壓為ABABBAUdqdW

10、UAB 1.2.2 電壓（電壓（Voltage）及其參考方向）及其參考方向 2、電位電位：電路中為分析的方便，常在電路中選某一點(diǎn)為：電路中為分析的方便，常在電路中選某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，把任一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱為該點(diǎn)的電位。參考點(diǎn)，把任一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱為該點(diǎn)的電位。參考點(diǎn)的電位一般選為參考點(diǎn)的電位一般選為零零，所以，參考點(diǎn)也稱為零電位點(diǎn)。，所以，參考點(diǎn)也稱為零電位點(diǎn)。電位用電位用V表示，單位與電壓相同，也是表示，單位與電壓相同，也是V(伏伏)。abcd設(shè)設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則 Vc=0Va=Uac， Vb=Ubc， Vd=Udc3. 兩點(diǎn)間兩點(diǎn)間電壓電壓與與電位電位的關(guān)系的關(guān)系

11、abcd仍設(shè)仍設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，點(diǎn)為電位參考點(diǎn)， Vc=0Uac = Va ， Udc = VdUad= Uac Udc= VaVd前例前例結(jié)論結(jié)論：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的電位之差。電位之差。例例 . abc1.5 V1.5 V已知已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V(1) 以以a點(diǎn)為參考點(diǎn)點(diǎn)為參考點(diǎn)，Va=0Uab= VaVb Vb = Va Uab= 1.5 VUbc= VbVc Vc = Vb Ubc= 1.51.5= 3 VUac= VaVc = 0 (3)=3 V(2) 以以b點(diǎn)為參考點(diǎn)點(diǎn)為參考點(diǎn)，Vb=0Uab= VaV

12、b Va = Va +Uab= 1.5 VUbc= VbVc Vc =V b Ubc= 1.5 VUac= VaVc = 1.5 (1.5) = 3 V結(jié)論結(jié)論：電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；當(dāng)選擇不同的電：電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；當(dāng)選擇不同的電位參考時(shí)，電路中各點(diǎn)電位均不同，但任意兩點(diǎn)間位參考時(shí)，電路中各點(diǎn)電位均不同，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。電壓保持不變。4、電壓、電壓(降降)的的參考方向參考方向U 0+實(shí)際方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向U+參考方向參考方向U+可以任意選定一個(gè)方向作為電壓的可以任意選定一個(gè)方向作為電壓的參考方向參考方向。 電壓的實(shí)際方向：若電荷從電壓的實(shí)際方向：若電荷從a

13、b為失去能量時(shí)，方向?yàn)槭ツ芰繒r(shí)，方向 為為 ab，且，且a為為+，b為為 ，即，即a點(diǎn)為高電位，點(diǎn)為高電位，b點(diǎn)為低電位。點(diǎn)為低電位。所以電壓的實(shí)際方向?yàn)閺母唠娢恢赶虻碗娢弧Ｋ噪妷旱膶?shí)際方向?yàn)閺母唠娢恢赶虻碗娢?。電壓參考方向的三種表示方式電壓參考方向的三種表示方式：(1) 用箭頭表示：箭頭指向?yàn)殡妷海ń担┑膮⒖挤较蛴眉^表示：箭頭指向?yàn)殡妷海ń担┑膮⒖挤较?2) 用正負(fù)極性表示：由正極指向負(fù)極的方向?yàn)殡妷河谜?fù)極性表示：由正極指向負(fù)極的方向?yàn)殡妷?(降低降低)的參考方向的參考方向(3) 用雙下標(biāo)表示：如用雙下標(biāo)表示：如 UAB , 由由A指向指向B的方向?yàn)殡妷旱姆较驗(yàn)殡妷?(降降)的參考方

14、向的參考方向UU+ABUAB小結(jié)：小結(jié)：(1) 電壓和電流的參考方向是任意假定的。分析電路前必電壓和電流的參考方向是任意假定的。分析電路前必須標(biāo)明須標(biāo)明。(2) 參考方向一經(jīng)假定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注參考方向一經(jīng)假定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注 (包括包括方向和符號），在計(jì)算過程中不得任意改變。參考方方向和符號），在計(jì)算過程中不得任意改變。參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式符號也不同，但實(shí)際方向不變。向不同時(shí)，其表達(dá)式符號也不同，但實(shí)際方向不變。+Riuu = Ri+Riuu = Ri(4) 參考方向也稱為假定方向、正方向，以后討論均參考方向也稱為假定方向、正方向，以后討論均在參考方向下進(jìn)行在參考方向下進(jìn)

15、行。(3) 元件或支路的元件或支路的u，i通常采用相同的參考方向，以通常采用相同的參考方向，以減少公式中負(fù)號，稱之為減少公式中負(fù)號，稱之為關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向。反之，。反之，稱為稱為非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向。+iu+iu1、 電功率：單位時(shí)間內(nèi)電場力所做的功，即電功率：單位時(shí)間內(nèi)電場力所做的功，即dwpdtdwdqdwdw dqu, i puidqdtdtdq dt功率的單位：功率的單位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)當(dāng)當(dāng) u,i 的的參考方向一致參考方向一致時(shí)，時(shí)，p表示元件表示元件吸收吸收的功率；的功率；能量的單位：能量的單位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳) 當(dāng)

16、當(dāng) u,i 的的參考方向相反參考方向相反時(shí)，時(shí)，p表示元件表示元件發(fā)出發(fā)出的功率。的功率。 1.2.3 電功率電功率(Power)(Power)與電能與電能(Energy)(Energy)2、功率的計(jì)算和判斷、功率的計(jì)算和判斷（1） u, i 關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向p = ui 表示元件吸收的功率表示元件吸收的功率P0 吸收正功率吸收正功率 (吸收吸收)P0 發(fā)出正功率發(fā)出正功率 (發(fā)出發(fā)出)P0 ，實(shí)際吸收；，實(shí)際吸收；P0 ，實(shí)際發(fā)出；，實(shí)際發(fā)出； P0 實(shí)際吸收實(shí)際吸收5、電阻元件、電阻元件電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)u R i或或 i G u電阻元件的伏安特性

17、為一條過原點(diǎn)的直線。電阻元件的伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線。電壓和電流取非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)電壓和電流取非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)u Ri 或或 i Gup吸吸 ui ( Ri)i i2 R u( u/ R) u2/ Rp吸吸 ui i2R u2 / R短路和開路的概念短路和開路的概念6、電壓源、電壓源+_i特點(diǎn)：特點(diǎn)：(a) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 通過它的電流是任意的，由外電路決定。通過它的電流是任意的，由外電路決定。電壓源允許開路，不允許短路電壓源允許開路，不允許短路。p發(fā)發(fā) uS i (i , us非關(guān)聯(lián)）非關(guān)聯(lián)）電壓源既可以發(fā)出功率

18、，也可以吸收功率電壓源既可以發(fā)出功率，也可以吸收功率。7、電流源、電流源特點(diǎn)：特點(diǎn)：電流源允許短路，不允許開路電流源允許短路，不允許開路。p發(fā)發(fā) u i S (is , u非關(guān)聯(lián)）非關(guān)聯(lián)）電流源既可以發(fā)出功率，也可以吸收功率電流源既可以發(fā)出功率，也可以吸收功率。iS+_u(a) 電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 電源兩端電壓電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。是任意的，由外電路決定。8、受控源、受控源控制量可以是電壓或電流，被控制量也控制量可以是電壓或電流，被控制量也可以是電壓或電流，共有四種組合?？梢允请妷夯螂娏?，共有四種組合。受控源不能單獨(dú)作用，但在電路分析受控源不能單獨(dú)作用，但在電路分析時(shí)可以作為獨(dú)立源來處理，一定要注意它的時(shí)可以作為獨(dú)立源來處理，一定要注意它的輸出（電壓或電流）是取決于控制量的。輸出（電壓或電流）是取決于控制量的。+受控電壓源受控電壓源受控電流源受控電流源9、基爾霍夫定律、基爾霍夫定律支路、結(jié)點(diǎn)、回路和網(wǎng)孔的